[논문 리뷰] Forward $J/ψ$ and $D$ meson nuclear suppression at the LHC

B. Ducloué, T. Lappi외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 14.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 19인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서의 양성자- lead 충돌에서의 전방 J/ψ 및 D 메손 핵소멸을 색 유리 응축체(CGC) 프레임워크를 사용하여 재검토하며, 광학 글라우버 모델을 통한 개선된 핵 구조 처리를 적용한다. HERA 데이터에 대한 양성자 피팅을 통해 핵 도플러 교차단면을 유도함으로써, 모델은 핵 소멸을 감소시키고 이전의 CGC 계산보다 ALICE 및 LHCb 데이터와 훨씬 더 잘 일치시킨다.

ABSTRACT

Using the color glass condensate formalism, we study the nuclear modification of forward $J/ψ$ and $D$ meson production in high energy proton-nucleus collisions at the LHC. We show that relying on the optical Glauber model to obtain the dipole cross section of the nucleus from the one of the proton fitted to HERA DIS data leads to a smaller nuclear suppression than in the first study of these processes in this formalism and a better agreement with experimental data.

연구 동기 및 목표

• 이전의 CGC 계산과 LHC에서의 전방 J/ψ 및 D 메손 소멸 간의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 핵 구조 효과가 초기 포화 스케일과 그 결과로 나타나는 핵 수정 인자에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 광학 글라우버 모델이 단순한 A^{1/3} 스케일링보다 핵 도플러 교차단면을 더 정확하게 기술하는지 테스트하기 위해.
• 일관된 CGC 프레임워크를 사용하여 고에너지 p-A 충돌에서의 전방 쿼크onium 및 개방형 채론 생성에 대한 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• √sNN = 5 TeV에서 ALICE 및 LHCb 데이터를 기반으로 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• 전방 J/ψ 및 D 메손 생성을 p-A 충돌에서 기술하기 위해 색 유리 응축체(CGC) 프레임워크의 희박-밀도 근사(limit)를 사용한다.
• 도플러 상관관계의 빠르기 변화를 기술하기 위해 달라지는 커플링 발리츠키-코브체고(BK) 방정식을 적용하며, 초기 조건은 HERA의 깊은 비탄성 산란(DIS) 데이터에 피팅한다.
• 핵 도플러 교차단면을 양성자 교차단면과 연결하기 위해 광학 글라우버 모델을 사용하여 임의의 스케일링 가정을 피한다.
• 정규화 불확실성을 상쇄하기 위해 p-A 교차단면을 pp 교차단면으로 정규화하여 핵 수정 인자 R_pA를 계산한다.
• J/ψ 생성에는 색 소멸 모델(CEM)을, D⁰ 메손 생성에는 분열 함수를 사용하며, 비추상적 매개변수들은 R_pA에서 상쇄된다.
• MV 모델의 매개변수화에서 유도된 초기 조건을 사용하여 BK 방정식의 수치적 해를 구하고, 영향도 평균화를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵 구조에 대해 광학 글라우버 모델을 사용할 경우, 단순한 A^{1/3} 스케일링 대비 전방 J/ψ 및 D 메손 생성에서 핵 소멸이 감소하는가?
• RQ2 핵의 초기 포화 스케일을 개선된 방식으로 처리함으로써 CGC 예측과 LHC 데이터 간의 괴리가 줄어들 수 있는가?
• RQ3 핵 도플러 교차단면의 초기 조건 선택이 전방 J/ψ 및 D⁰ 메손의 예측된 R_pA에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 핵 구조 효과가 ALICE 및 LHCb 데이터에서 관측된 예상보다 작은 소멸을 설명하는 데 얼마나 기여하는가?
• RQ5 글라우버 기반의 핵 스케일링을 사용한 CGC 프레임워크가 고운동량 전방 J/ψ 및 D 메손 데이터를 일관되게 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 광학 글라우버 모델은 단순한 A^{1/3} 스케일링보다 납 핵의 초기 포화 스케일을 더 작게 만들어 핵 소멸을 감소시킨다.
• 전방 J/ψ 생성의 결과로 도출된 핵 수정 인자 R_pA는 첫 번째 CGC 연구보다 ALICE 및 LHCb 데이터와 훨씬 더 잘 일치한다.
• D⁰ 메손의 경우 동일한 접근법이 소멸을 감소시키고, 2.5 < Y < 4 빠르기 창에서 LHCb 데이터와의 일치도를 향상시킨다.
• R_pA의 불확실성 밴드는 채론 쿼크 질량(1.2–1.5 GeV)과 인화 스케일(Q는 M⊥/2에서 2M⊥ 사이)의 변화를 고려하지만, 결과는 여전히 데이터와 일치한다.
• 모델은 고운동량 영역에서 R_pA가 1에 수렴함을 예측하며, 이는 실험 관측 결과와 이전의 단일 포함형 하드론 생성 연구 결과와 일치한다.
• 개선된 일치도는 새로운 매개변수 때문이 아니라, 더 현실적인 핵 포화 스케일 덕분이며, 초기 양성자 조건은 HERA DIS 데이터에 의해 고정되어 있다.